[工学]加速器中的脉冲功率技术课程ppt第2章_传输线理论.ppt

加速器中的脉冲功率技术 邢庆子 清华大学工物系加速器实验室 Tel: – 8 (o) E-mail: xqz@tsinghua.edu.cn 设一段长度为 L 的开路传输线，其特性阻抗为 Z0 ，其始端开路，终端通过开关 K 和负载 ZL 相连如图所示。 x u Vf Vf x u x u (b’)由于 Vf 为负，所以线上电压在 Vf 所到之处都减去 Vf 变为 。 （此时 ） (c) Vf 到达始端，传输线上各点电压都变为 。 （此时 ） (d) Vf 又从始端同向返回，由于 Vf 为负值，所以仍标在纵轴下面。 (b) (c) (d) 左图标出了传输线在 情况下终端电压 V0 与负载电压 VL 的波形。 t t V0 VL t1 t2 t3 V V ? ? x (e) 当 t = t2 时， Vf 返回到传输线终端，线上各点电压变为 ，且 。 由上图可以看出当 时，负载上得到脉冲为正的阶梯形脉冲。 (e) 负失配情况 放电时负载 ZL 上电压为： 放电时终端反射电压 ： 反射电压第一次传到始端时 ： 反射电压将从始端同向反射，返回到终端时，传输线上电压为： u x V L x u Vf (a) t=0传输线沿长度 L 已充满电压 V。 (b) t = t1 时，开关 K 接通，反射波 Vf 由传输线终端向始端传输，且 Vf 为负值。（此时 ） (a) (b) 用图解法解释传输线在 放电形成脉冲的过程。 x u Vf Vf x u x u (b’)由于 Vf 为负，所以线上电压在 Vf 所到之处都减去 Vf 变为 。 （此时 ） (c) Vf 到达始端，传输线上各点电压都变为 。 （此时 ） (d) Vf 又从始端同向返回，由于 Vf 为负值，所以仍标在纵轴下面。 (b) (c) (d) 左图标出了传输线在 情况下终端电压 V0 与负载电压 VL 的波形。 x (e) 当 t = t2 时， Vf 返回到传输线终端，线上各点电压变为 ，且 。 由上图可以看出当 时，负载上得到的是正负交变脉冲。 (e) V0 t1 t2 t3 V VL V PSpice模拟： Lattice diagram 0 t 2d VL = α V 2d t 4d VL = α V + (α-1) (β+1) V (= α V + (α-1) γ V) 4d t 6d VL = α V + (α-1) γ V + β (α-1) γ V 6d t 8d VL = α V + (α-1) γ V + β (α-1) γ V + β2 (α-1) γ V …….. VL = V [α + (α-1) γ (1 + β + β2 + β3 + β4………)] 2.4.5 集总参数的传输线 —— 脉冲形成网络（PFN） 调制器或脉冲发生器中可以使用 PFN 。 电容器充电至 V ，然后通过高压开关对负载放电。若负载匹配，则负载电压脉冲幅值为 V/2。 PFN 特征阻抗为： PFN 产生脉冲宽度为： 一个例子 脉冲上升时间： 开关闭合后负载电压 失配情况：负载电阻 ZL = 25, 50, 75, 100 Ω 负载开路： 负载短路： (R1=0.01Ω) 2.4.6 达林顿电路（Darlington circuits） 可产生方波，几倍于充电电压。 可使用不同阻抗的传输线（但电长度必须相同）。 可使用多个 PFN。 只要满足以下阻抗关系，则能产生2倍的单程渡越时间的脉冲长度： 第 r 层传输线或 PFN 的阻抗（r ≠ n）： 第 n 层传输线或 PFN 的阻抗： 负载的脉冲电压幅值： n = 2 时为 Blumlein circuit，将在以后介绍。 若需要在负载电阻（ ZL = 50Ω）上产生宽度为500nS、500kV的矩形脉冲， 1）使用单传输线进行设计，需要传输线多长？画出设计原理图并使用PSpice进行模拟。已有同轴传输线（